A capacidade de sustentação dos sistemas de fixação ao subsolo é superior à dos sistemas superficiais / gravíticos anteriormente mencionados. Essa capacidade é gerada pelo peso próprio dos sistemas, pelo atrito do seu corpo no subsolo e, também, com o peso inerente do subsolo marinho no qual se encontram inseridos.
Nesta categoria caraterizam-se, a seguir, sete dispositivos de fixação.
a) Âncoras de arraste
As âncoras de arraste são os sistemas de fixação ao subsolo marinho mais utilizados em todo o mundo (Figura 2.14). Este modelo de âncoras é utilizado nos sistemas de fundeamento em catenária, por suportarem apenas cargas de tração horizontal. De dimensão e formato variável, variando de fabricante para fabricante, são construídas em aço e o seu peso pode atingir algumas dezenas de toneladas. No caso das âncoras Stevpris MK5 da Vryhof chegam a ter 50 t de peso. Podem ser aplicadas através de navios convencionais; as suas caraterísticas e desempenho permitem uma adequada capacidade de sustentação em solos argilosos e arenosos.
Figura 2.14 – Aspetos das âncoras de arraste Vryhof Stevpris MK6 e da Stevpris MK5 Stevshark (Vryhof, 2010)
A âncora Stevpris MK6, da empresa Vryhof, cuja capacidade de sustentação é cerca de 30% superior à de qualquer outra âncora de arraste (Vryhof, 2010), pode ser usada em todo o tipo de solos marinhos.
b) Âncoras de carga vertical (VLA)
Estas âncoras (Figura 2.15), tal como o próprio nome indica, suportam também, para além das cargas horizontais, cargas verticais. Permitem este tipo de cargas devido ao ângulo e à profundidade elevada a que se encontram instaladas no subsolo marinho, tendo sido especialmente desenhadas para a utilização no sistema de fundeamento taut-leg.
À semelhança das âncoras de arraste, estas são, também, recuperáveis, podendo a mesma âncora ser utilizada em futuros fundeamentos. No entanto, o seu fundeamento é mais dispendioso do que o das âncoras de arraste por requerer a utilização de navios especializados. A limitação deste tipo de âncoras deriva, essencialmente, da sua utilização estar condicionada a depósitos lodosos de grande espessura, já que devem ficar instaladas no subsolo marinho a profundidade superior a 15 m.
Figura 2.15 – Âncora Vryhof Stevmanta à esquerda (Vryhof, 2014, online) e âncora Bruce Dennla Mk4 à direita (Bruce, 2014, online)
c) Âncoras de penetração dinâmica (DPA)
As estacas de penetração dinâmica permitem também resistir a solicitações de tração horizontal e vertical e têm o formato de um torpedo, isto é, de um cilindro com diâmetro de 1 a 1,2 m e um comprimento que pode variar entre 10 a 15 m (Figura 2.16). O seu peso pode variar entre 500 a 1000 kN (Randolph & Gourvenec, 2011).
Figura 2.16 – Âncora DPA à esquerda (deepseaanchors, 2014, online) e âncora torpedo àdireita (delp, 2014, online)
O modo de fixação ao subsolo é por gravidade, devendo ser assegurado uma queda livre de uma altura entre 20 a 50 m acima do subsolo marinho, suficiente para atingir velocidades entre 25-35 m/s. Dependendo do seu peso e do tipo do solo marinho, a penetração adequada, deve ser da ordem dos 30 m abaixo da superfície do leito marinho.
As estacas de penetração dinâmica têm algumas vantagens relativamente a outras soluções convencionais, nomeadamente o baixo custo de aquisição e a facilidade de instalação, bem
como o desempenho adequado em sedimentos argilosos compactos. Como limitação, aponta- se a dificuldade de penetração em solos arenosos ou carbonatados.
A âncora OMNI-Max™, U.S. Patente #7,059,263 (Figura 2.17) é instalada por forma gravítica à semelhança das âncoras torpedo. Apesar do seu modo de funcionamento se assemelhar a uma âncora VLA, com grande capacidade para resistir a solicitações de tração vertical, a sua vantagem principal, relativamente àquelas, é que pode ser tracionada a 360º e ter menor custo de instalação. Relativamente às âncoras torpedo, este tipo de âncoras têm uma menor dimensão.
Figura 2.17 – Âncora OMNI-MaxTM e respetivo esquema de instalação (delmarus, 2014, online)
d) Estacas de sucção
Estas estacas são usadas nos sistemas de fundeamento taut-leg e necessitam de navios especializados para a sua instalação.
Semelhantes a um copo invertido, as estacas de sucção têm a forma de um cilindro oco, aberto na base e fechado no topo (Figura 2.18). As suas dimensões típicas são de 3-8 m de diâmetro e um comprimento, com uma proporção, de 3 a 6 vezes a razão entre o comprimento e o diâmetro (Randolph & Gourvenec, 2011).
As estacas são cravadas no subsolo marinho através do seu próprio peso, na fase inicial, e por sucção nas fases seguintes de penetração, utilizando-se uma bomba de sucção que gera um diferencial de pressão entre a parte interna da estaca e o meio externo, submetido a pressão hidrostática, o que empurra a estaca para baixo, cravando-a no leito marinho.
As vantagens principais deste tipo de fundações são a sua utilização em diversos tipos de solos, desde argilas moles a compactas, a areias soltas a compactas, bem como em solos marinhos estratificados, e ainda a sua colocação no local pretendido, mesmo em sítios bastantes congestionados por outras linhas de amarração ou pipelines. Como limitações, estes sistemas têm a necessidade de utilização de navios especializados e muito dispendiosos e do apoio de remotely operated underwater vehicle (ROV) na instalação e na posterior inspeção.
Figura 2.18 – Imagens de estacas de sucção (ngi, 2014, online)
e) Âncoras do tipo placas SEPLA
As âncoras do tipo SEPLA (Figura 2.19) são instaladas através de estacas de sucção que as colocam à profundidade pretendida. Após se atingir a profundidade de projeto, a estaca de sucção instaladora é retirada e pode ser reutilizada em futuras manobras de fundeamento de outras âncoras SEPLA.
A vantagem deste tipo de âncora é que pode ser utilizada, de forma segura, em zonas onde se registem congestionamentos significativos e onde não seja possível o recurso a âncoras de arraste, já que este tipo de estacas é cravado diretamente no solo marinho através das estacas de sucção. Do ponto de vista da eficiência, a sua capacidade de sustentação pode ser equiparada à das âncoras de arraste.
Figura 2.19 – Aspetos da âncora do tipo SEPLA e respetivo sistema de instalação (intermoor, 2014, online)
Descritos, sumariamente, os vários sistemas de fixação ao subsolo marinho, conclui-se que, no presente, a oferta existente permite selecionar, não só o sistema que oferece maior fiabilidade de sustentação em função do subsolo marinho no local de instalação, mas também o que terá menores custos de aquisição e instalação. A Tabela 2.1 sintetiza as vantagens e limitações de cada um.
Tabela 2.1 – Principais vantagens e limitações dos diversos tipos de sistemas de fixação ao subsolo marinho (Ehlers et al., 2004; McCarron, 2011)
Tipo de fixação Vantagens Limitações / restrições Poitas, caixas,
grelhas Instalação simples
Baixo custo de instalação Apenas para instalações temporárias
Âncoras de arraste
Construção relativamente barata Fácil instalação
Recuperável
Fundeamentos temporários
Sem capacidade para resistir a forças de componente vertical
Incerteza quanto à posição de instalação
Utilizável apenas em sistemas de fundeamento em catenária
Âncoras VLA
Resiste a ações de componente vertical e horizontal
Construção relativamente barata Fácil instalação
Peso baixo, dimensões pequenas e eficácia elevada
Incerteza relativamente à posição de instalação e penetração até à posição de projeto
Necessita 2 a 3 navios para a instalação e inspeção por ROV
Âncoras de penetração dinâmica
Posicionamento da instalação precisa Teste de carga após a instalação Custo de construção baixo Instalação simples e económica Não necessita de verificação com ROV
Desenho simples (API RP 2ª)
Âncoras patenteadas
Utilizadas essencialmente no Brasil Baixa eficácia
Estacas de sucção
Extensa experiência na sua instalação Desenho robusto
Instalação em zonas muito congestionadas
Instalação simples no que respeita à sua localização, orientação e penetração
Requer apoio de ROV para instalação e navio com gruas potentes
Requer ensaios laboratoriais avançados para caraterização dos parâmetros característicos do subsolo
Sem normas para construção Preocupação relativamente à sua capacidade em solos estratificados
Âncora SEPLA
Posição de instalação conhecida Custo de construção baixo Desenho robusto
Instalação através de uma estaca de sucção
Instalação patenteada
Em solos estratificados tem dificuldade em penetrar os estratos mais
competentes
Requer inspeção por ROV
Tempo de instalação superior em 30% relativamente às estacas de sucção
2.5. Estudos geológicos e geotécnicos realizados na plataforma continental